0 引言

辽东古裂谷内矿产资源丰富，其成矿作用与裂谷演化关系密切，多位学者都开展过研究工作^[1-4]。连山关地区位于辽东古裂谷北缘 (图 1a)，区内主体构造格架为北西西向短轴背斜，核部为新太古代连山关钾质混合花岗杂岩体，翼部为元古宙辽河群沉积变质岩系所覆^[5]。核部连山关岩体平均含铀质量分数为 (6~8)×10^-6，高者可达 (10 n)×10^-6①，是辽东地区主要铀矿远景区之一。由于该地区还产出一些多金属矿，因此成为地质勘探部门历来研究的重点。

①庄廷新.辽宁省本溪县黄沟地区铀矿普查报告.沈阳：核工业二四〇研究所，2010.

连山关地区铀矿找矿工作已历经50余载，尤其是20世纪70、80年代所做工作比较多，也比较系统，从面上中小比例尺伽马普查到点上工程评价均取得了一定的成果^[6-10]。20世纪90年代中后期找矿工作有所停滞，进入21世纪，又开启了新一轮找矿热潮。随着勘探手段多样化，已有部分学者对连山关铀矿床成矿年龄、赋矿特征、地球化学特征进行了初步探讨，提出了多种成矿模式^[1-15]。但其成矿热液来源、赋矿条件等重点问题尚未有统一认识。通过近几年的钻探施工及野外工作，笔者着重对连山关铀矿化特征进行了研究，并结合岩相学、地球化学等研究手段，采用宏观和微观相结合等方法，探究了本区铀矿成因，以期为下一步的找矿工作提供指导。

1 区域地质背景

研究区出露地层主要为太古宇鞍山群、元古宇辽河群。其中鞍山群呈残留体赋存于混合花岗杂岩体中，内仅有茨沟组及大峪沟组分布；辽河群在区内分布广泛、出露完整、韵律明显，构成一巨大沉积旋回，共出露5个岩组：a.浪子山组，为碎屑岩-黏土质岩建造；b.里尔峪组，为酸性岩-火山岩建造；c.高家峪组，为黏土质-半黏土质建造及碳酸盐建造；d.大石桥组，为碳酸盐建造；e.盖县组，为碎屑岩建造。

研究区构造十分发育，主要有NW向、近EW向断裂组与NE向、NNE向断裂组，它们组成菱形格状构造格局 (图 1b)。主要发育在辽河群与岩体接触部位，即连山关岩体南带与辽河群不整合面的构造挤压糜棱岩、片理化带。

连山关混合花岗杂岩体西起弓长岭、东至草河城，呈近东西向分布，岩体长40 km，宽7~10 km，面积约320 km²，构成连山关复背斜的轴部，混合了鞍山群和辽河群浪子山组底部岩层。该混合花岗杂岩体主体由红色钾质混合花岗岩组成，其间有少量早期钠质花岗片麻岩残留体，并大量分布太古宙鞍山群残留体，边部分布白色重熔混合岩。变辉绿岩在区内主要分两种：一种分布在辽河群内，和地层一同褶皱变形，年龄为 (2 161±12) Ma^[16]；另一种分布在岩体内部，常见于钻孔深部，与铀矿化关系密切，年龄为 (1 828±13 Ma)^[17]。

连山关地区目前已探明铀矿床3个、矿点10个、矿化点9个。研究区铀矿化多位于核部岩体与辽河群的接触带附近，受韧性剪切带控制，赋矿围岩主要为重熔混合岩。对于铀矿床成因，学者们^[11-15]持有不同的观点，主要有：碱交代热液型、沉积变质热液改造型、不整合面型、混合热液型等；按不同含矿围岩又可分为石英岩型、片岩型、花岗岩型和产于太古宙鞍山群残留体中的铁铀型4类。综合区域研究资料和近几年对黄沟铀矿床勘探资料的再认识，我们认为连山关地区各矿床 (点) 成因都有相似之处，即铀矿化与构造活动关系密切。

2 赋矿围岩特征 2.1 岩石学特征

连山关岩体与辽河群接触带存在古风化壳，大型韧性剪切作用使古风化壳及下伏的花岗质岩石与上覆浪子山组石英岩发生动态局部重熔，导致古风化壳难以留存，从而形成了连山关地区特有的重熔混合岩。重熔混合岩分布在连山关太古宙钾长花岗岩体与上覆辽河群浪子山组一段石英岩之间，局部发育，部分地段缺失，出露宽度不均匀，在异常增厚部位可“吞蚀”其上下的片麻岩带及构造片岩带甚至石英岩带。该类岩石的石英体积分数一般在50%以上，其他成分与钾长花岗岩类似，无片麻理，岩性与下伏花岗质岩石和上覆石英岩呈渐变过渡接触^[18]。

重熔混合岩的主要特点是石英含量高，绿泥石含量变化大，常呈暗色团块状分布。石英及绿泥石的含量往往呈负相关，当岩石中含大量团块状绿泥石 (或变余黑云母) 集合体时，石英含量相对较低。结合野外钻探岩心编录情况，可将重熔混合岩分为4种 (表 1)，这4种围岩都含矿，多数矿体赋存于灰白色碎裂重熔混合岩之中。

重熔混合岩风化色为土黄色，新鲜面为灰白色、浅肉红色。中粒粒状变晶结构、碎裂变晶结构，块状构造。矿物成分不均匀，质量分数变化大，主要矿物为石英 (40%~70%)、斜长石 (15%~30%，更长石为主)、钾长石 (15%~25%)、绿泥石 (3%~10%)、黑云母 (1%~5%)；次要矿物为水云母、方解石、黝帘石和黄铁矿；副矿物有锆石、金红石、磷灰石、重晶石、电气石、独居石、钛铁矿、磁铁矿等。其中，石英主要为他形粒状，波状消光，锯齿边发育，粒度一般为0.3~1.0 mm，部分样品含蠕虫状石英。斜长石为半自形粒状，聚片双晶发育，部分样品可见斜长石具环带构造，被微斜长石、水云母交代，粒度一般为1~3 mm。钾长石格子双晶发育，交代石英和更中长石，粒度一般为2~5 mm，部分样品钾长石化，粒径能到达2 cm。绿泥石呈团块状或浸染状分布在岩石中，镜下呈墨绿色、暗黑色。黑云母呈鳞片状，定向排列，镜下呈淡棕色、黄褐色，可见磷灰石、磁铁矿等包体，部分已蚀变成绿泥石^[19](图版Ⅰa、b)。

2.2 岩石地球化学特征

对连山关地区含矿重熔混合岩代表性岩石样品进行地球化学分析 (表 2) 发现：SiO₂质量分数为58.92%~78.05%；Al₂O₃质量分数为12.03%~21.55%；Na₂O质量分数为0.20%~8.68%, 平均值为4.22%；K₂O质量分数为1.88%~5.87%, 平均值为3.31%；Fe₂O₃质量分数为0.68%~2.03%；A/CNK=1.06~2.59。主量元素特征表明，重熔混合岩具有高硅 (平均值为71.65%)、过铝质、钠高于钾 (Na₂O/ K₂O=1.27) 等特征。钾长花岗岩SiO₂质量分数为73.59%，Al₂O₃质量分数为13.20%，Na₂O质量分数为3.13%，K₂O质量分数为4.84%，Fe₂O₃质量分数为0.78%，A/CNK=1.25。可以看出，钾长花岗岩与重熔混合岩在化学成分上相差不大，区别在于岩石重熔后岩石结构、矿物形态等发生改变，其中K₂O少于Na₂O，原因可能是重熔过程中钾质成分被带出^[20]。

①庄廷新.辽宁省本溪县黄沟地区铀矿普查报告.沈阳：核工业二四〇研究所，2010.

表 3、图 2a分别为重熔混合岩代表性样品的微量元素质量分数表及微量元素原始地幔标准化蛛网图。结果表明，重熔混合岩总体具有富Be、Mo、Pb、Y、Ba、La、Cu和亏损Co、Ni、Zn、Cr、Ti、V等特点。矿石 (富矿、贫矿) 中Pb、Mo、V、Be等元素质量分数均高于围岩 (无矿)，表明这几种元素与U元素关系密切；而Zn、Ni等元素质量分数低于围岩，因此认为上述元素在铀矿化过程中发生了迁移，部分被带出。

表 4、图 2b分别为重熔混合岩代表性样品的稀土元素质量分数表及球粒陨石标准化配分图。其中，稀土元素配分曲线呈右倾型，为典型的中酸性岩浆岩的特征。岩石稀土元素总量w(ΣREE) 为147.8×10^-6~194.2×10^-6，稀土总量相对较低，轻稀土相对富集 (L/H为6.6~7.8，La/Yb为9.6~19.1)，δEu为0.2~0.3，具有明显的Eu负异常。

①庄廷新.辽宁省本溪县黄沟地区铀矿普查报告.沈阳：核工业二四〇研究所，2010.

3 围岩蚀变特征

通过对工业矿孔岩心编录发现，铀矿化与胶状黄铁矿化、赤铁矿化、绿泥石化、硅化和水云母化有关。其中：水云母化为铀元素的运移提供了通道；绿泥石化可吸附铀元素，为铀元素的富集提供了空间；胶状黄铁矿集合体与铀矿化关系密切。往往这几种蚀变叠加发育，且蚀变越强，铀矿化越富。

3.1 黄铁矿化与赤铁矿化

研究区内黄铁矿化普遍发育，其是赤铁矿化的母源矿物。黄铁矿主要是由暗色矿物、副矿物在蚀变过程中不稳定而析出的铁质经硫化后形成的。成岩期的黄铁矿结晶良好、晶形粗大，一般达到数毫米，质较纯，散布在岩石中。成矿期常为细粒集合体，质不纯，呈浸染状和片状出现，常与石英、方解石、绿泥石相伴出现，与铀矿化关系密切，常呈脉状与沥青铀矿成胶体共生，并在矿脉中包裹了黄铁矿晶体。由于黄铁矿延续时间较长，其形成既可能早于矿化，被沥青铀矿、磁黄铁矿交代，被方解石切穿，分布于沥青铀矿中，又可能晚于铀矿化^[21-23]。

黄铁矿在宏观上以团块状、脉状集合体和浸染状为主，浸染状黄铁矿发育普遍，有些黄铁矿具有胶状结晶的特征。矿化段黄铁矿一般呈胶状集合体见于沥青铀矿两侧或与之共生 (图版Ⅰc)，赤铁矿在本地区发育程度不均一，颜色为砖红色、棕褐色，多见于矿化段，呈脉状、浸染状，受构造控制明显。赤铁矿化与铀矿化关系密切 (图版Ⅰd)，当赤铁矿化周围出现铀矿化时，铀质量分数往往很高，能达到70.36% (图版Ⅰe、f，表 5)。

3.2 绿泥石化

绿泥石化主要沿碎裂重熔混合岩的裂隙发育。铀元素主要以沥青铀矿和粒间铀的形式存在于碎裂重熔混合岩裂隙中的泥铁质胶结物中 (以绿泥石为主)，同时这种泥铁质胶结物对铀元素具有明显的吸附作用，可见绿泥石化与铀矿化的关系直接且密切。

绿泥石主要由黑云母蚀变而来，一般黑云母呈团块状或细脉状沿裂隙充填或以基质形式出现，成矿期形成的绿泥石常呈球粒状、细脉状、网脉状充填在裂隙中。铀矿化往往伴随绿泥石化 (图版Ⅰg、h)。扫描电镜研究发现，在放大500倍时，在绿泥石晶体附近有铀质量分数高 (69.77%) 的矿物存在 (图版Ⅰi，表 5)。含铀矿物多为不规则的束状 (图版Ⅰj)、丝状 (图版Ⅰk)、集合体 (图版Ⅰl) 与绿泥石交生，混合成为细小矿物的集合体。

3.3 水云母化

由于原岩中的铁镁矿物被水云母、石英、碳酸盐矿物交代呈灰黄绿色、面状发育在破碎岩石中 (图版Ⅱa、b)，水云母化作用发育范围较广。水云母化作用发育较强的岩心一般不形成铀矿化，多形成铀异常。但其上下5~50 m内往往可见铀矿化，表明岩心的破碎程度与放射性强度明显，且与水云母化作用的强度呈正相关。在水云母化作用过程中，矿物由坚硬变为松软，体积也会增大，并对周围岩石产生压力。水云母化作用越强、岩石压力越大、岩石越破碎、裂隙发育越强烈，越有利于碱性热液的运移，含矿热液中的铀元素通过裂隙发生迁移，最终被裂隙中的泥铁质胶结物吸附沉淀，形成了铀元素的预富集。

显微镜下的水云母化作用主要见于钾长石的边部和裂隙之中，是云母及长石水化的产物，成分随着水云母化作用的增强而变化 (图版Ⅱc、d)。

3.4 硅化

硅化是酸性热液蚀变的一种，为花岗岩型铀矿床常见的近矿围岩蚀变，在铀-硅质脉型矿床中尤为发育。硅化常发育在含矿硅质脉附近，其影响宽度由数十厘米至数米不等。花岗岩中发生硅化的实质是长石的分解、石英颗粒的加大以及岩石的去碱作用，主要表现为热液沿原岩造岩矿物粒间或解理缝进行选择性交代。最容易交代的是斜长石，其次为微斜长石和白云母。交代后，原岩的结构遭到不同程度的破坏，所形成的石英颜色混浊、光泽暗淡^[24-27]。

研究区内硅化在围岩和矿化岩心中广泛发育。成矿前期的硅化常为不规则团块状的石英，而与铀矿化有关的硅化为不规则透镜体状、脉状、网脉状，分布于各种矿化组合中 (图版Ⅱe、f)。

4 铀矿化特征 4.1 矿体规模、形态和产状

黄沟铀矿床主要矿体的矿化围岩为重熔混合岩、碎裂重熔混合岩 (原称混合质石英岩)，而向连山关花岗岩体内部渐变过渡，矿体逐渐变薄，品位变低至尖灭。矿体分布在东西长约600 m，南北宽约500 m的范围内，大多数矿体集中在标高0~200 m空间内，矿体标高由西向东有增高的趋势。矿体呈细脉状、透镜状、鱼群状分布，矿体厚度一般为1.0~4.0 m，平均厚度2.0 m。矿体走向延长34.0~191.0 m，平均73.5 m；倾向延伸7.0~104.0 m，平均77.0 m。

矿体走向集中在60°~90°，平均79°；矿体倾向S、SSW、SSE，倾角为19°~45°，平均31°。矿床中矿体均为隐伏盲矿体，主要赋存于重熔混合岩异常增厚部位内的NEE向至近EW向剪切裂隙中，自NW向SE雁行排列，且矿体有向SW侧伏的趋势，SW方向矿体埋深变大。

4.2 矿石结构、构造和矿物组合

黄沟铀矿床矿石为特征性矿物含量低的高硅酸盐铀矿石。产出围岩为连山关岩体南缘韧性剪切带中的碎裂重熔混合岩。矿石矿物为沥青铀矿，金属矿物为黄铁矿、方铅矿、辉钼矿，非金属矿物为钠长石、钾长石、石英、绢云母、绿泥石。

沥青铀矿呈黑色、褐黑色，沥青光泽，表面风化后呈黑色或灰黑色。无解理、贝壳状断口，胶状结构，块状构造，常见裂纹，以细脉或细脉浸染状 (图版Ⅱg)、团块状 (图版Ⅱh) 分布于构造角砾岩、碎裂重熔混合岩中。常见沥青铀矿与成矿期黄铁矿紧密共生，明显受韧性剪切带及重熔混合岩增厚部位控制。

5 成因探讨

前人^[11-15]对连山关地区铀成矿模式争议较大，主要有沉积变质热液改造型、碱交代热液型、不整合面型 (或不整合关联型)、混合热液型等。

沉积变质热液改造型。其主要依据：一是产状上，存在赋存于石英岩、云母石英片岩中的呈层状、似层状产出的铀矿体；二是成矿年代上，认为存在2 114 Ma的铀矿化，早于1 829 Ma的主成矿年龄^[5]。这一观点多是在矿床勘探时提出的，当时受勘探深度有限，所发现的大部分铀矿化多位于石英岩和云母石英片岩中，随着近几年勘探深度的增加，发现大多数 (＞95%) 铀矿化都位于重熔混合岩之中，且21Ga年龄值也是在误差范围之内。

碱交代型。本区存在碱交代现象，但碱交代作用对成矿不起主导作用。含矿围岩硅化普遍较强 (石英体积分数高者近50%)，且成矿温度 (180~280 ℃)^[5]也低于典型碱交代型铀矿。

不整合面型。这类矿床指在空间分布上与分隔基底和上覆碎屑沉积岩的不整合面有关，矿床产在不整合面之上的元古宙沉积岩内和 (或) 不整合面之下、环绕太古宙基底穹状隆起处的古元古代变质岩内。连山关地区曾存在古不整合面，位于太古宙花岗岩体和元古宙沉积变质岩之间，呈NWW向分布。吕梁期造山活动使大部分古风化壳被破坏，韧性剪切作用使之发生重熔，难以留存下来。

混合热液型。其认为铀矿化形成于区域混合岩化背景下的混合岩化前锋，混合热液来自于区域混合岩化作用。混合岩化末期，孕育已久的弱碱性含矿溶液沿混合岩的脆弱部位——前锋上升，它们选择了这样的特定环境成矿：一个是温度远比混合岩体内低得多，完全适宜于它赋存的外带片岩和石英岩；另一个则是在冷凝较早、热能释放较快的混合岩外凸部位，加上在层间破碎带、层理、片理以及各种孔隙构造，足以在温度降低、压力骤然减小的条件下使沥青铀矿呈胶状沉淀下来。该模式提出含矿热液主要来自于区域混合岩化作用的前提难以成立：一是尚无证据证明本区存在1.8 Ga左右的区域性混合岩化作用；二是该模式忽视了来自深部成矿热液存在的可能，其对矿体定位的解释虽然较为符合实际，但没有注意到主要矿体赋存于近接触带处韧性剪切带部位的事实。

从成矿时代为古元古代、矿点等间距分布、矿体赋存部位多位于岩体内带、含矿围岩的热液蚀变特征和矿体受构造裂隙控制等特点来看，本区应属热液型铀矿。铀源主要来自于古风化壳及其遭受韧性剪切作用而形成的重熔混合岩。依据之一是太古宙末期至古元古代初期，花岗岩体表面由于风化作用而形成风化壳，又由于当时大气环境缺氧，导致晶质铀矿在重矿物中富集，赋存在古地形凹陷处的古风化壳之中 (图 3a)；依据之二是韧性剪切作用形成重熔混合岩的过程导致铀进一步富集，近接触带处岩石中铀含量高于岩体中铀含量 (表 6)。结合连山关地区主要岩石铀的浸出率实验结果 (表 7)，可以看出绿泥片岩和碎裂重熔混合岩的铀浸出率高，这说明其裂隙中以绿泥石和云母为主的泥、铁质胶结物对铀元素还具有明显的吸附作用。这一结果与连山关铀矿床放射性照相结果一致，表明区内离子形态的铀大部分吸附于碎裂结构中的绿泥石上^[23]。

①徐洪发.3075矿床勘探报告.凤城：核工业241大队，1989.

古元古代初期，辽东地区进入裂谷演化阶段，古陆边缘沉积了辽河群浪子山组，其中局部层位铀、钍、碳含量较高，发生同生沉积变质作用，这是铀的预富集。进入里尔峪组沉积时期，随着裂谷演化加剧，导致火山活动，并使裂谷成为热谷、气谷 (富含H₂S、CO₂、F、B等)、碱谷 (K、Na)、酸谷、盐谷。火山气热遇到辽河群底部不整合面产生分支，其一继续沿火山通道运移，在里尔峪组中形成火山热液型黄铁矿矿床；另一支则沿不整合面缓慢侧向运移，沿途交代不整合面上下岩石，使之产生钠化和去硅作用，火山气热在运移过程中浸取围岩中的铀元素，使之活化，并初步富集 (图 3b)。

古元古代晚期，吕梁造山期伴随着古裂谷闭合消亡阶段，岩体和地层接触部位发生了韧性剪切作用，形成NWW向韧性剪切带，为铀成矿提供动力及热液运移通道 (图 3c)。裂谷消亡后，应力场由挤压向伸展转换，地幔基性流体 (锆石U-Pb年龄约1.87 Ga^[17]) 沿剪切裂隙上涌，为成矿提供了矿化剂和热源，富含还原剂的热液流体沿不整合面和裂隙运移，并运移到重熔混合岩隆起的NEE向或近EW向裂隙中，当温压条件适合时铀发生沉淀，进而富集成矿 (图 3d)。

铀成矿主要在重熔混合岩 (提供铀源)、大型韧性剪切活动 (提供动力及热液运移通道) 和基性脉岩 (提供热源和还原剂) 等阶段综合因素作用下形成。因此，将其称为重熔混合岩热液型铀矿。

6 结论

1) 提出连山关地区铀矿化赋矿围岩为重熔混合岩，其岩石学主要特点是石英含量高，绿泥石含量变化大，常呈暗色团块状分布，石英及绿泥石的含量往往呈负相关。

2) 重熔混合岩的地球化学特征表明其主量元素具富Si、略富Al、富Na、富K和低Mg、低Ca的特点；微量元素表现出富集Be、Mo、Pb、Y、Ba、La、Cu和亏损Co、Ni、Zn、Cr、Ti、V等特点。与铀关系密切的共生元素有Pb、Mo、V、Be；稀土元素具有明显的轻稀土富集和重稀土相对亏损等特征，具有较显著的Eu负异常。

3) 通过对含矿岩心观察和室内分析研究，得出胶状黄铁矿化、绿泥石化、水云母化和硅化与铀矿化关系密切。

4) 本区铀矿化类型属重熔混合岩热液型铀矿，铀成矿主要在重熔混合岩 (提供铀源)、大型韧性剪切活动 (提供动力及热液运移通道) 和基性脉岩 (提供热源和还原剂) 等阶段综合因素作用下形成。

致谢: 在行文过程中，吉林大学刘永江教授和梁琛岳博士给予了极大的支持和帮助，在此表示深深的感谢！